cunicosizr热处理工艺与性能研究
本文研究了铜基体中添加了Ni、Co、Si、Zr等合金元素，并通过对经熔炼—铸造—热锻的实验材料，进行固溶、冷变形、时效等处理工艺研究；对实验材料做了超声波检测，并观察金相组织，测试了材料的硬度、导电率，结果表明： 合金的硬度和导电率均随着固溶温度温度的增加呈现先上升后下降再缓慢上升的趋势，经分析得到固溶处理方案为960℃×1h，此时第二相已溶入到铜基体中；经超声波的探测，发现合金随着冷变形量的增加，组织的致密度增加，实验材料中可见少量的缺陷；合金的硬度随着形变量的增加而增大，导电率却随之下降；合金经35%的冷变形后，在460℃×2h的时效处理下，可获得最佳的性能，且组织分布均匀。经过一系列的实验获得的最佳热处理工艺及性能为：960℃×1h固溶+35%冷变形+460℃×2h时效，合金的硬度298.6HB,导电率30.5Ms/m。关键词：固溶处理；冷变形；时效处理；硬度；导电率目录
第一章 绪论 1
1.1 铜及铜合金的简介 1
1.1.1 各类铜合金 1
1.1.2合金化元素的作用 3
1.2 高强高导铜合金在引线框架中的应用 4
1.3 提高铜合金强度的方法 5
1.3.1 固溶强化 5
1.3.2 细晶强化 5
1.3.3 沉淀强化 6
1.3.4 过剩相强化 6
1.3.5 形变强化 7
1.4 CuNiCoSiZr的研究热点 7
1.4.1 快速凝固法制备合金 7
1.4.2 稀土元素在合金中的应用 8
1.5 国内外研究现状以及存在的问题 8
1.5.1 国内外研究现状 8
1.5.2 存在的问题 9
1.6 本论文的研究目的、意义、内容、方法 9
1.6.1 研究目的 9
1.6.2 研究意义 9
1.6.3 研究内容 9
1.6.4 研究方法 10
第二章 实验内容与方法 11
2.1 实验材料 11
2.2实验设备 11
2.3 实验方案 11
2.4 实验工艺 12
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论文的研究目的、意义、内容、方法 9
1.6.1 研究目的 9
1.6.2 研究意义 9
1.6.3 研究内容 9
1.6.4 研究方法 10
第二章 实验内容与方法 11
2.1 实验材料 11
2.2实验设备 11
2.3 实验方案 11
2.4 实验工艺 12
2.5 实验性能检测方法 13
2.5.1 物理性能的检测 13
2.5.2 金相显微组织 14
第三章 实验结果与分析 15
3.1合金固溶处理后的组织与性能 15
3.1.1 合金固溶处理后的组织分析 15
3.1.2 固溶态合金的性能分析 16
3.2 合金冷变形后的组织与性能分析 17
3.2.1 超声波检测 17
3.2.2 超声波探测缺陷分析 20
3.2.3 冷变形后的组织分析 21
3.2.4 合金冷变形后硬度的分析 22
3.2.5 合金冷变形后导电率的分析 23
3.3 合金时效处理后的组织与性能分析 23
3.3.1 合金时效后的组织分析 24
3.3.2 合金时效后的性能分析 25
3.3.3 固溶冷变形后最佳时效温度的确定 27
3.3.4 固溶冷变形后最佳变形量和时效时间的确定 28
结论 31
致谢 32
参考文献 33
第一章 绪论
1.1 铜及铜合金的简介
铜是化学元素中最常见的元素之一，化学符号为Cu。在元素周期表中，原子序数为29，与镍、锌相邻，都属于过渡金属。其相对原子质量为63.5，密度正常为8～9g/cm3，熔点是1083.4℃。
铜是一种古老的金属材料，在早期，因为铜外观悦目，且能长期保持光泽，所以人们将其当作饰物和金钱来使用。而其中的紫铜有“唯金三品”之一的美称[1]，而在工业上，纯铜又俗称为电解铜。
纯铜具有许多优良的性能，如它的加工性，导电性，导热性和耐蚀性都十分优良，被广泛的应用在制造业中例如电器、电力、机械制造。纯铜的强度十分低，在软态时它的强度仅为230～290MPa，经过冷变形之后它的强度能到400MPa，但它延伸率的变化十分微小，只是徘徊在2%左右[2]。在较高的温度下，纯铜抵抗软化的能力十分低，不过如果在经过冷变形之后，在82℃下可以停留一段时间，它的强度可以恢复到冷变形之前的大小[3]。科技正在蓬勃发展的阶段，人们对理想材料的需求也处在不断加大的阶段，所以对材料的要求也就越来越严格。如下当今，在引线框架上使用的铜合金，所需要的强度必须要是600MPa及以上，导电率也要达到80%IACS左右，其在承受载体的时候方能保持长时间的稳定性[4]。某些电器设备，比如机器人布线用的导体等利用的导体材料，都需拥有优良的导电性能和强度[5]，如此就可以使减轻工件的总体重量，减少工件的总体积，从而方便操作，它的使用寿命也会相对的得到提高，从而带来良好的使用效益和经济效益。
1.1.1 各类铜合金
紫铜，顾名思义其颜色为紫红色，它是纯铜（99.50%）表面被氧化后得到的。因为与纯铜成分十分接近，紫铜的负磁化系数很小，即它是一种逆磁性的物质[6]。紫铜拥有许多突出的优点，例如完美的加工性能、导电性能、导热性能和耐蚀性能等。它的导电性仅次于活泼金属银，又因其价格低廉，因此被广泛用于电器工业等方面；它的逆磁性特性则被大量应用于各种磁学仪器、定向仪器等；它的导热性则在散热器械中被大量应用[710]。紫铜，在干燥的环境下不会被氧化，当空气中水分达到一定潮湿度时，就会氧化为碱式碳酸铜[Cu(OH)2CuCO3]，而碱式碳酸铜表面呈现绿色，又俗称为铜绿。铜绿含有毒性，但其存在于紫铜的表面上，所以又是一种保护膜，可以起到保护进一步被腐蚀的效果。
黄铜是以CuZn为主要元素的铜合金。CuZn二元合金的黄铜简称普通黄铜。在普通黄铜的基体中加入一种或多种另外的合金元素，就可变成特殊黄铜，例如锡黄铜、铝黄铜、镍黄铜、硅黄铜、铅黄铜、锰黄铜等。其中铝黄铜具有较高的耐蚀性和热塑性，大多应用于海船等防腐蚀零件。铅黄铜具有很高的强度、耐蚀性、耐磨性以及优良热加工性能，精密加工性能突出，主要用于制造精密零件和标准件。铁黄铜中的微量Fe可以细化黄铜的锻造组织，抑制退火时晶粒长大。Fe的存在对黄铜的耐蚀性不利，为消除这种有害作用，可以与Mn配合使用，来改善耐蚀性。铁黄铜主要用于制造船舰工业和电讯工业的摩擦件等[11]。
最早青铜单指铜锡系合金，在现代，按中国铜合金分类方法，除了CuZn系和CuNi系合金之外的铜合金统称为青铜，主要可分为：锡青铜，铝青铜，铍青铜，硅青铜，锰青铜，铬青铜和铁青铜等类。一般，铜锡合金是呈青灰色的，所以俗称其为青铜。它是人类历史上应用最早的一类合金，青铜的出现极大的促进了当时社会的生产力，影响了军事政治、农业生产、生活用品等诸多方面。锡青铜拥有较高的硬度、强度、耐蚀性、耐磨性和优良的锻造性能。它是重要的弹性合金材料，在现代工业中常用于制造各种插接元件。铜锡二元合
第一章 绪论 1
1.1 铜及铜合金的简介 1
1.1.1 各类铜合金 1
1.1.2合金化元素的作用 3
1.2 高强高导铜合金在引线框架中的应用 4
1.3 提高铜合金强度的方法 5
1.3.1 固溶强化 5
1.3.2 细晶强化 5
1.3.3 沉淀强化 6
1.3.4 过剩相强化 6
1.3.5 形变强化 7
1.4 CuNiCoSiZr的研究热点 7
1.4.1 快速凝固法制备合金 7
1.4.2 稀土元素在合金中的应用 8
1.5 国内外研究现状以及存在的问题 8
1.5.1 国内外研究现状 8
1.5.2 存在的问题 9
1.6 本论文的研究目的、意义、内容、方法 9
1.6.1 研究目的 9
1.6.2 研究意义 9
1.6.3 研究内容 9
1.6.4 研究方法 10
第二章 实验内容与方法 11
2.1 实验材料 11
2.2实验设备 11
2.3 实验方案 11
2.4 实验工艺 12
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5`1^9`1^6^0`7^2#
论文的研究目的、意义、内容、方法 9
1.6.1 研究目的 9
1.6.2 研究意义 9
1.6.3 研究内容 9
1.6.4 研究方法 10
第二章 实验内容与方法 11
2.1 实验材料 11
2.2实验设备 11
2.3 实验方案 11
2.4 实验工艺 12
2.5 实验性能检测方法 13
2.5.1 物理性能的检测 13
2.5.2 金相显微组织 14
第三章 实验结果与分析 15
3.1合金固溶处理后的组织与性能 15
3.1.1 合金固溶处理后的组织分析 15
3.1.2 固溶态合金的性能分析 16
3.2 合金冷变形后的组织与性能分析 17
3.2.1 超声波检测 17
3.2.2 超声波探测缺陷分析 20
3.2.3 冷变形后的组织分析 21
3.2.4 合金冷变形后硬度的分析 22
3.2.5 合金冷变形后导电率的分析 23
3.3 合金时效处理后的组织与性能分析 23
3.3.1 合金时效后的组织分析 24
3.3.2 合金时效后的性能分析 25
3.3.3 固溶冷变形后最佳时效温度的确定 27
3.3.4 固溶冷变形后最佳变形量和时效时间的确定 28
结论 31
致谢 32
参考文献 33
第一章 绪论
1.1 铜及铜合金的简介
铜是化学元素中最常见的元素之一，化学符号为Cu。在元素周期表中，原子序数为29，与镍、锌相邻，都属于过渡金属。其相对原子质量为63.5，密度正常为8～9g/cm3，熔点是1083.4℃。
铜是一种古老的金属材料，在早期，因为铜外观悦目，且能长期保持光泽，所以人们将其当作饰物和金钱来使用。而其中的紫铜有“唯金三品”之一的美称[1]，而在工业上，纯铜又俗称为电解铜。
纯铜具有许多优良的性能，如它的加工性，导电性，导热性和耐蚀性都十分优良，被广泛的应用在制造业中例如电器、电力、机械制造。纯铜的强度十分低，在软态时它的强度仅为230～290MPa，经过冷变形之后它的强度能到400MPa，但它延伸率的变化十分微小，只是徘徊在2%左右[2]。在较高的温度下，纯铜抵抗软化的能力十分低，不过如果在经过冷变形之后，在82℃下可以停留一段时间，它的强度可以恢复到冷变形之前的大小[3]。科技正在蓬勃发展的阶段，人们对理想材料的需求也处在不断加大的阶段，所以对材料的要求也就越来越严格。如下当今，在引线框架上使用的铜合金，所需要的强度必须要是600MPa及以上，导电率也要达到80%IACS左右，其在承受载体的时候方能保持长时间的稳定性[4]。某些电器设备，比如机器人布线用的导体等利用的导体材料，都需拥有优良的导电性能和强度[5]，如此就可以使减轻工件的总体重量，减少工件的总体积，从而方便操作，它的使用寿命也会相对的得到提高，从而带来良好的使用效益和经济效益。
1.1.1 各类铜合金
紫铜，顾名思义其颜色为紫红色，它是纯铜（99.50%）表面被氧化后得到的。因为与纯铜成分十分接近，紫铜的负磁化系数很小，即它是一种逆磁性的物质[6]。紫铜拥有许多突出的优点，例如完美的加工性能、导电性能、导热性能和耐蚀性能等。它的导电性仅次于活泼金属银，又因其价格低廉，因此被广泛用于电器工业等方面；它的逆磁性特性则被大量应用于各种磁学仪器、定向仪器等；它的导热性则在散热器械中被大量应用[710]。紫铜，在干燥的环境下不会被氧化，当空气中水分达到一定潮湿度时，就会氧化为碱式碳酸铜[Cu(OH)2CuCO3]，而碱式碳酸铜表面呈现绿色，又俗称为铜绿。铜绿含有毒性，但其存在于紫铜的表面上，所以又是一种保护膜，可以起到保护进一步被腐蚀的效果。
黄铜是以CuZn为主要元素的铜合金。CuZn二元合金的黄铜简称普通黄铜。在普通黄铜的基体中加入一种或多种另外的合金元素，就可变成特殊黄铜，例如锡黄铜、铝黄铜、镍黄铜、硅黄铜、铅黄铜、锰黄铜等。其中铝黄铜具有较高的耐蚀性和热塑性，大多应用于海船等防腐蚀零件。铅黄铜具有很高的强度、耐蚀性、耐磨性以及优良热加工性能，精密加工性能突出，主要用于制造精密零件和标准件。铁黄铜中的微量Fe可以细化黄铜的锻造组织，抑制退火时晶粒长大。Fe的存在对黄铜的耐蚀性不利，为消除这种有害作用，可以与Mn配合使用，来改善耐蚀性。铁黄铜主要用于制造船舰工业和电讯工业的摩擦件等[11]。
最早青铜单指铜锡系合金，在现代，按中国铜合金分类方法，除了CuZn系和CuNi系合金之外的铜合金统称为青铜，主要可分为：锡青铜，铝青铜，铍青铜，硅青铜，锰青铜，铬青铜和铁青铜等类。一般，铜锡合金是呈青灰色的，所以俗称其为青铜。它是人类历史上应用最早的一类合金，青铜的出现极大的促进了当时社会的生产力，影响了军事政治、农业生产、生活用品等诸多方面。锡青铜拥有较高的硬度、强度、耐蚀性、耐磨性和优良的锻造性能。它是重要的弹性合金材料，在现代工业中常用于制造各种插接元件。铜锡二元合
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